2024_2025新教材高中生物第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序学案新人教版选择性必修3.docVIP

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第2节基因工程的基本操作程序

课标内容要求

核心素养对接

阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获得、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤。

1．科学思维：结合实例，采纳文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。

2．生命观念：运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。

一、目的基因的筛选与获得

1．目的基因

(1)概念：用于变更受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。

(2)实例：培育转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。

2．筛选合适的目的基因

(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清楚的基因中进行筛选。

(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅驾驭了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深化的了解。

(3)相识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。

3．利用PCR获得和扩增目的基因

(1)原理：DNA半保留复制。

(2)DNA复制所需的基本条件：

参加的组分

在DNA复制中的作用

解旋酶(体外用高温代替)

打开DNA双链

DNA母链

供应DNA复制的模板

4种脱氧核苷酸

合成DNA子链的原料

DNA聚合酶

催化合成DNA子链

引物

使DNA聚合酶能够从引物的3′端起先连接脱氧核苷酸

(3)过程：

基于PCR的过程，完成下列问题：

过程Ⅰ为变性，该阶段的温度为90_℃以上，目的是使双链DNA解聚为单链。

过程Ⅱ为复性，该阶段的温度为50__℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

过程Ⅲ为延长，该阶段的温度为72_℃左右，该过程须要在耐高温的DNA聚合酶的催化下，利用4种脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则从子链的3′端延长合成新的子链DNA。

(4)仪器：PCR扩增仪。

(5)鉴定方法：琼脂糖凝胶电泳。

二、基因表达载体的构建(其次步)

1．基因表达载体作用

(1)使基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代。

(2)使目的基因能够表达和发挥作用。

2．基因表达载体组成

基于基因表达载体的结构模式图，完成下列问题：

基因表达载体的模式图

(1)[A]启动子，RNA聚合酶识别和结合的部位，可以驱动基因转录出mRNA，[B]目的基因。

(2)[C]终止子，转录停止的部位。

(3)[D]复制原点，[E]标记基因。

3．构建过程

(1)用相宜的限制酶切割载体。

(2)用同一种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割目的基因。

(3)用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体上。

三、将目的基因导入受体细胞

1．转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2．目的基因导入受体细胞的方法

(1)目的基因导入植物细胞

①花粉管通道法

a．用微量注射器将含目的基因的DNA溶液干脆注入子房中。

b．在植物受粉后的肯定时间内，剪去柱头，将DNA溶液滴加在花柱切面上，使目的基因借助花粉管通道进入胚囊。

②农杆菌转化法

a．农杆菌的特点：农杆菌自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物；农杆菌的Ti质粒上的T-DNA能够整合到所侵染细胞的染色体DNA上。

b．转化方法：将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA中，让农杆菌侵染植物细胞。

(2)目的基因导入动物细胞

①常用方法：显微注射法。

②常用受体细胞：受精卵。

(3)目的基因导入微生物细胞

①方法：用Ca2＋处理细胞，使细胞处于一种能汲取四周环境中DNA分子的生理状态，然后将重组表达载体导入其中。

②常用受体细胞：原核细胞(运用最广泛的是大肠杆菌)。

四、目的基因的检测与鉴定(第四步)

1．分子水平的检测

(1)通过PCR等技术检测受体细胞染色体DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出mRNA。

(2)从转基因生物中提取蛋白质用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，检测目的基因是否翻译成了蛋白质。

2．个体生物学水平的检测：如饲喂法等。

推断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．从已知结构和功能清楚的基因中筛选目的基因是获得目的基因的一种有效方法。 (√)

2．Taq酶是用PCR仪对DNA分子扩增过程中常用的一种耐高温的DNA连接酶。 (×)

提示：Taq酶是耐高温的DNA聚合酶。

3．基因表达载体中启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。

(×)

提示：启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。

4．将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。 (√)

5．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必需通过分子检测才能达到目的。 (×)

提示：抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种试验来鉴定。

6．可通过PCR等技术检测棉花的染色体上是否插入了Bt基因。 (√)

PCR技术